本文采用ANSYS三位有限元数值模拟方法对深基坑角桩受力性能进行了模拟分析。桩锚支护结构是深基坑开挖中常用的一种围护形式。平面形状为凹多边形的基坑,阳角处排桩(本文简称角桩)承受复杂土压力作用,发生双向弯曲,设计不当时易发生安全事故。目前,对于角桩工作机理的研究还不普遍,仍然按照普通桩支护的计算理论进行,使工程安全存在隐患。结合工程实例角桩内力监控数据,采用有限元数值模拟技术对其工作性能进行研究,对比经典土力学方法计算结果,研究在基坑开挖过程中,角桩在双向土压力作用下的双向弯曲情况,并根据其受力特点建议角桩合理的配筋方式,为桩锚支护设计和施工提供技术支持。结合某工程桩锚支护施工监控数据以及数值分析结果,主要研究成果如下:1、通过对悬臂式深基坑变形特性及其主动状态土压力效应分析,根据土体简化模型建立角桩内力计算数值模型,并通过有限元计算分析,研究基坑开挖过程中角桩在不同工况下的内力变化规律;2、角桩承受一定的扭矩,且最大扭矩出现在桩身上1/3范围内。角桩还承受相当的双向弯矩。最大弯矩沿桩身的分布较为离散,随施工进程通常由桩上部向下部迁移。然而,桩身弯矩有方向上的变化,即受拉和受压侧会随开挖深度增改而改变。这是角桩与其他桩相比,明显的受力特点。3、用测斜仪测量得到的角桩处桩身变形相当复杂。但总结3个角桩处的水平位移测量结果,还是具有一定规律性的,即角桩的水平位移会随着开挖深度的增加而出现方向上的改变;而当开挖至基坑底时,水平位移又指向基坑。这与数值分析结果(角桩桩身弯矩会发生方向的改变)基本一致,说明这是角桩工作的重要特征。4、角桩内力复杂,再加上冠梁的约束扭转作用,使角桩所受的弯矩之外的内力也起着重要作用。因此,角桩不能采用局部均匀配筋,只能采用全截面均匀配筋。对于较大基坑,还要设置合适的角撑来增强角桩部位的刚度,为了防止在工程中出现角桩受扭剪而出现斜裂缝的情况,应配置抗扭钢筋,也就是配置适量的箍筋,来增强角隅部位排桩的抗扭剪能力。角桩的刚度也应与其他部位的支护桩相匹配,以确保整个支护体系协调变形,共同工作。5、角桩的内力和位移变化受到冠梁和锚杆约束影响,应设置合理尺寸的冠梁和角撑。对于角隅部位的排桩,建议采用均匀配筋,并且相对于基坑中部排桩配筋应有所增加
